CN105857426B - 一种越障爬行机器人及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种越障爬行机器人及其驱动方法，包括：驱动模块和多个互相连接的爬行组件；所述爬行组件包括第一模块和第二模块；所述第一模块和第二模块之间通过回复模块连接；所述第一模块和第二模块的外形均为等边三角形；其中，至少一个爬行组件还包括牵拉模块和传动轴，所述传动轴的两端设有滚轮；所述驱动模块连接所述牵拉模块和传动轴。本发明实施例提供的越障爬行机器人及其驱动方法，既具有稳定性，又结构简单，变形可控性强，因变形而产生的自干扰可能性较小，以牵拉模块与回复模块相结合的三方向变形方式，实现了传统机器人的机动性、简易性与软体机器人的可变形、适应性相结合，使机器人能实现平面、缝隙、管道等环境的运行。

Description

一种越障爬行机器人及其驱动方法

技术领域

本发明涉及机械设计制造及其自动化技术领域，尤其涉及一种越障爬行机器人及其驱动方法。

背景技术

机器人已广泛应用于工业、救援、探测等众多领域，传统机器人一般由刚性模块通过运动副连接构成，每个运动副提供一个(或多个)平动自由度或转动自由度，这种机器人具有运动精确的优点。

传统机器人主要通过变形轮、履带、腿式等方式实现越障移动，无法摆脱沉重机身与固定结构的限制，其灵活性与可变形性较差，在狭窄缝隙以及复杂平面上的运动性较差。为增加机器人柔软度，目前科研人员设计出了一系列软体机器人，如象鼻机械臂、蛇形机器人等。然而，不管是国内还是国外，软体机器人都需要在传统工业机器人一统天下的局面中打开市场，从产品设计、材料运用到打印制造，软体机器人都与传统机器人截然不同，它的产业化就意味着要颠覆整个传统工业机器人的产业链，目前推广应用困难较大。如果在传统机器人的基础上，为之赋予一定的柔软度，实现与软体机器人相近的结构、功能特点，将解决这一问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何一种越障爬行机器人，使其在传统机器人的基础上，具有一定的柔软度，以适应多变的空间及障碍。

为此目的，本发明提出了一种越障爬行机器人，包括：驱动模块和多个互相连接的爬行组件；所述爬行组件包括第一模块和第二模块；所述第一模块和第二模块之间通过回复模块连接；所述第一模块和第二模块的外形均为等边三角形；其中，至少一个爬行组件还包括 牵拉模块和传动轴，所述传动轴的两端设有滚轮；所述驱动模块连接所述牵拉模块和传动轴。

优选的，所述回复模块为扭簧。

优选的，所述驱动模块为直流电机。

优选的，所示驱动模块包括用于驱动所述牵拉模块的拉线电机，用于驱动所述传动轴转动的步进电机和用于推动所述机器人前进的推动电机。

优选的，所述机器人的至少前后两个爬行组件包括传动轴和牵拉模块；所述驱动模块连接前后两个爬行组件的传动轴和牵拉模块。

优选的，所述牵拉模块为拉线，所述驱动模块通过所述拉线连接所述爬行组件的第一模块或第二模块。

优选的，所述爬行组件为8个。

另一方面，本发明还提供了上述越障爬行机器人的驱动方法，包括：

通过驱动模块驱动所述传动轴转动；

通过所述传动轴的转动带动所述滚轮转动，以使所述机器人前进。

优选的，该方法还包括：

当遇到障碍物时，通过所述驱动模块驱动所述牵拉模块，以使所述牵拉模块拉高与所述牵拉模块连接的爬行组件，以越过所述障碍物。

优选的，该方法还包括：

在越障过程中，通过所述回复模块使所述爬行组件贴合所述障碍物的表面。

本发明实施例提供的一种越障爬行机器人及其驱动方法，通过多个等边三角形的模块化结构，以牵拉模块与回复模块相结合的驱动方式，在软体机器人与传统机械机器人之间寻找柔韧性与机动性的平 衡，在不颠覆传统机器人系统的基础上，使其更具有柔韧性，将传统机器人的机动性与软体机器人的可变形性相结合，为实现空间越障提供更多可能。本发明实施例提供的越障爬行机器人，既具有稳定性，又结构简单，变形可控性强，因变形而产生的自干扰可能性较小，以牵拉模块与回复模块相结合的三方向变形方式，实现了传统机器人的机动性、简易性与软体机器人的可变形、适应性的结合，使机器人能实现平面、缝隙、管道等环境的运行。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明实施例提供的越障爬行机器人的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的以等边三角形为基础的模块拼接结构的示意图；

图3为本发明又一实施例提供的以等边三角形为基础的模块拼接结构变形后的示意图；

图4为本发明实施例提供的第一模块的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的第二模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种越障爬行机器人，包括：驱动模块和多个互相连接的爬行组件；所述爬行组件包括第一模块1和第二模块2；所述第一模块1和第二模块2之间通过回复模块连接；所述第一模块1和第二模块2的外形均为等边三角形；其中，至少一个爬行组件还包括牵拉模块5和传动轴，所述传动轴的两端设有滚轮3；所述驱动模块连接所述牵拉模块5和传动轴(传动轴和回复装置在图中未画出)。

本发明实施例提供的一种越障爬行机器人，通过多个等边三角形 的模块化结构，以牵拉模块5与回复模块相结合的驱动方式，在软体机器人与传统机械机器人之间寻找柔韧性与机动性的平衡，在不颠覆传统机器人系统的基础上，使其更具有柔韧性，将传统机器人的机动性与软体机器人的可变形性相结合，为实现空间越障提供更多可能。本发明实施例提供的越障爬行机器人，既具有稳定性，又结构简单，变形可控性强，因变形而产生的自干扰可能性较小，以牵拉模块5与回复模块相结合的三方向变形方式，实现了传统机器人的机动性、简易性与软体机器人的可变形、适应性的结合，使机器人能实现平面、缝隙、管道等环境的运行。

需要说明的是，本发明实施例提供的越障爬行机器人是一种类软体机器人，在传统机器人的基础上，具有一定的柔软度。如图2所示，本发明实施例提供的越障爬行机器人的结构是以多个等边三角形为基础的第一模块1和第二模块2拼接而成。如图3所示，第一模块1和第二模块2拼接而成的结构，可实现弯曲变形。其中，第一模块1的详细结构如图4所示，第二模块2的详细结构如图5所示。通过驱动模块驱动该机器人前进，在上述实施例的基础上，优选的，所述驱动模块为直流电机。采用直流电机前拉后推的方式进行机器人的驱动。为了避免对机器人的运动带来阻碍，该驱动模块可以集中于某个第一模块1或者某个第二模块2的上表面。

优选的，为了给机器人提供足够的动力，驱动模块可以包括用于驱动牵拉模块5的拉线电机6，用于驱动滚轮转动的步进电机4和用于推动机器人前进的推动电机7。推动电机7可以设置在机器人机身的下方。在遇到障碍物时，拉线电机6驱动牵拉模块5进行第一模块1或第二模块2的抬升，并通过回复模块使爬行组件贴合障碍表面，防止机器人后翻或在直角处卡住。

需要解释的是，等边三角形作为最基本二维图形，既具有稳定性，又结构简单，与正四边形相比，等边三角形设计出的模型具有三个方 向的自由度，而正四边形只有两个方向的自由度。再与正五边及以上多边形相比，正三角形的结构更加简单，变形更加可控，因变形而产生的自干扰可能性较小。

在上述实施例的基础上，优选的，所述回复模块为扭簧。多个爬行组件的第一模块1和第二模块2之间通过扭簧连接。扭簧的线径为1.4毫米，外径为13毫米，圈数为2。

在越障过程中，当第一模块1和第二模块2需要向下贴合时，利用扭簧代替双方向牵拉模块，使第一模块1和第二模块2贴合障碍表面，防止后翻或在直角处卡住。

在上述实施例的基础上，优选的，所述机器人的至少前后两个爬行组件包括传动轴和牵拉模块5；所述驱动模块连接前后两个爬行组件的传动轴和牵拉模块5。

需要说明的是，为了防止机器人在爬直角时卡在拐角处，在后驱的基础上增加前驱动轮，使前端施加拉力将机器人拽上障碍，所以至少在机器人的前后两个爬行组件设置传动轴和牵拉模块5，传动轴的两端设置滚轮3，通过驱动模块驱动传动轴转动，达到前后双驱动方式。

另外，根据需要，还可以给机器人的最左端和最右端也设置两个滚轮3，来减小机器人爬行的障碍。

在上述实施例的基础上，优选的，所述牵拉模块5为拉线，所述驱动模块通过所述拉线连接所述爬行组件的第一模块1或第二模块2。

需要说明的是，拉线的作用就是在遇到障碍物时，通过拉线的方式进行第一模块1或者第二模块2的抬升，来使爬行组件越过障碍物。驱动模块为拉线拉动第一模块1或第二模块2提供动力。

在上述实施例的基础上，优选的，所述爬行组件为8个。另外，根据实际需要，爬行组件的个数可以增加或减少。

另一方面，本发明实施例还提供了上述越障爬行机器人的驱动方 法，该方法包括：

通过驱动模块驱动所述传动轴转动；

通过所述传动轴的转动带动所述滚轮3转动，以使所述机器人前进。

在上述实施例的基础上，该方法还包括：

当遇到障碍物时，通过所述驱动模块驱动所述牵拉模块5，以使所述牵拉模块5拉高与所述牵拉模块5连接的爬行组件，以越过所述障碍物。

在上述实施例的基础上，该方法还包括在越障过程中，通过所述回复模块使所述爬行组件贴合所述障碍物的表面。

因此，本发明实施例提供的一种越障爬行机器人的驱动方法，通过牵拉模块5抬高爬行组件，通过回复模块使爬行组件贴合障碍物的表面，所以本发明提供的越障爬行机器人的驱动方法可以使机器人顺利越过障碍物，又可以防止机器人后翻或者在直角处卡住。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中 还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种越障爬行机器人，其特征在于，包括：驱动模块和多个互相连接的爬行组件；所述爬行组件包括第一模块和第二模块；所述第一模块和第二模块之间通过回复模块连接；所述第一模块和第二模块的外形均为等边三角形；其中，至少一个爬行组件还包括牵拉模块和传动轴，所述传动轴的两端设有滚轮；所述驱动模块连接所述牵拉模块和传动轴；

所述牵拉模块为拉线，所述驱动模块通过所述拉线连接所述爬行组件的第一模块或第二模块。

2.根据权利要求1所述的一种越障爬行机器人，其特征在于，所述回复模块为扭簧。

3.根据权利要求1所述的一种越障爬行机器人，其特征在于，所述驱动模块为直流电机。

4.根据权利要求1所述的一种越障爬行机器人，所示驱动模块包括用于驱动所述牵拉模块的拉线电机，用于驱动所述传动轴转动的步进电机和用于推动所述机器人前进的推动电机。

5.根据权利要求1所述的一种越障爬行机器人，其特征在于，所述机器人的至少前后两个爬行组件包括传动轴和牵拉模块；所述驱动模块连接前后两个爬行组件的传动轴和牵拉模块。

6.根据权利要求1所述的一种越障爬行机器人，其特征在于，所述爬行组件为8个。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的越障爬行机器人的驱动方法，其特征在于，包括：

通过驱动模块驱动所述传动轴转动；

通过所述传动轴的转动带动所述滚轮转动，以使所述机器人前进。

8.根据权利要求7所述的越障爬行机器人的驱动方法，其特征在于，还包括：

当遇到障碍物时，通过所述驱动模块驱动所述牵拉模块，以使所述牵拉模块拉高与所述牵拉模块连接的爬行组件，以越过所述障碍物。

9.根据权利要求8所述的越障爬行机器人的驱动方法，其特征在于，还包括：

在越障过程中，通过所述回复模块使所述爬行组件贴合所述障碍物的表面。